[發(fā)明專利]用核化抑制的鎢特征填充

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380022648.2
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN104272440B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿南德·查德拉什卡;愛思特·杰恩;拉什納·胡馬雍;邁克爾·達內(nèi)克;高舉文;王徳齊
• 申請（專利權(quán)）人: 諾發(fā)系統(tǒng)公司
• 主分類號: H01L21/31
• 分類號: H01L21/31;H01L21/205
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所31263
• 代理人: 李獻忠

優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求于2012年3月27日提交的美國臨時專利申請No.61/616,377、2012年12月14日提交的美國臨時專利申請No.61/737,419、以及2012年2月22日提交的美國專利申請No.13/774,350的優(yōu)先權(quán)。這些申請的整個公開內(nèi)容通過引用全部并入本發(fā)明以用于所有目的。

背景技術(shù)

使用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)進行含鎢材料的沉積是許多半導(dǎo)體制造工藝的必不可少的部分。這些材料可用于水平互連、相鄰金屬層之間的通孔、第一金屬層和硅襯底上裝置之間的觸點、以及高深寬比特征。在常規(guī)沉積工藝中，在沉積室中將襯底加熱至預(yù)定工藝溫度，并且沉積含鎢材料的薄層，所述含鎢材料的薄層用作種子層或核化層。此后，將剩余的含鎢材料(主體層)沉積到核化層上。通常，含鎢材料由六氟化鎢(WF₆)與氫氣(H₂)的還原反應(yīng)形成。使含鎢材料沉積在包括特征和場區(qū)的襯底的整個暴露表面區(qū)域之上。

將含鎢材料沉積到小的并且尤其是高深寬比的特征中可造成在經(jīng)填充的特征內(nèi)部形成接縫和空隙。大接縫可導(dǎo)致高電阻、污染、填充材料的損耗，并且另外使集成電路的性能降低。例如，接縫可在填充加工之后延伸接近場區(qū)，然后在化學(xué)－機械平坦化期間打開。

發(fā)明內(nèi)容

本文所述的一個方面是一種方法，所述方法包括：提供包括特征的襯底，所述特征具有一個或多個特征開口和特征內(nèi)部；選擇性抑制特征中的鎢核化，使得沿特征軸存在差別抑制輪廓；以及根據(jù)差別抑制輪廓選擇性地將鎢沉積在特征中。選擇性抑制特征中鎢核化的方法包括使特征暴露于直接等離子體或遠程等離子體。在某些實施例中，可在選擇性抑制期間對襯底施加偏置。包括偏置功率、暴露時間、等離子體功率、工藝壓力和等離子體化學(xué)品的工藝參數(shù)可用于調(diào)節(jié)抑制輪廓。根據(jù)各種實施例，等離子體可包含經(jīng)活化物質(zhì)，所述經(jīng)活化物質(zhì)與特征表面的一部分相互作用以抑制后續(xù)的鎢核化。經(jīng)活化物質(zhì)的例子包括氮、氫、氧和碳活化物質(zhì)。在一些實施例中，等離子體是基于氮的和/或基于氫的。

在一些實施例中，在鎢核化的任何選擇性抑制之前，將鎢層沉積在特征中。在其它實施例中，在任何鎢沉積在特征中之前進行選擇性抑制。如果沉積，則鎢層可共形沉積，在一些實施例中，例如通過脈沖核化層(PNL)或原子層沉積(ALD)工藝進行。鎢在特征中的選擇性沉積可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝進行。

在將鎢選擇性沉積在特征中之后，可將鎢沉積在特征中以完成特征填充。根據(jù)各種實施例，這可涉及特征中的非選擇性沉積或一個或多個額外的循環(huán)的選擇性抑制和選擇性沉積。在一些實施例中，從選擇性沉積到非選擇性沉積的過渡涉及允許CVD工藝在不沉積中間鎢核化層的情況下繼續(xù)進行。在一些實施例中，在特征中的非選擇性沉積之前，可例如通過PNL或ALD工藝將鎢核化層沉積在選擇性沉積的鎢上。

根據(jù)各種實施例，選擇性抑制鎢核化可涉及處理鎢(W)表面、或阻隔層或內(nèi)襯層，諸如氮化鎢(WN)或氮化鈦(TiN)層。選擇性抑制可在同時或不同時蝕刻特征中的材料的情況下進行。根據(jù)各種實施例，選擇性抑制特征中的至少收縮部。

本發(fā)明的另一方面涉及一種方法，所述方法包括使特征暴露于原位等離子體以選擇性抑制特征的一部分。根據(jù)各種實施例，等離子體可以為基于氮、基于氫、基于氧、或基于烴的。在一些實施例中，等離子體可包含含氮、含氫、含氧或含烴氣體中的兩種或更多種的混合物。例如，可使未經(jīng)填充的或部分填充的特征暴露于直接等離子體，從而選擇性抑制特征的一部分的鎢核化，使得特征中具有差別抑制輪廓。在一些實施例中，在選擇性抑制特征的一部分之后進行CVD操作，從而根據(jù)所述差別抑制輪廓選擇性沉積鎢。

本發(fā)明的另一方面涉及單室和多室裝置，其被構(gòu)造用于使用選擇性抑制進行特征填充。在一些實施例中，裝置包括被構(gòu)造成支撐襯底的一個或多個室；被構(gòu)造成在一個或多個室中產(chǎn)生等離子體的原位等離子體發(fā)生器；被構(gòu)造成引導(dǎo)氣體進入一個或多個室中的氣體入口；以及具有程序指令的控制器，程序指令用于產(chǎn)生諸如基于氮和/或基于氫的等離子體之類的等離子體，同時對襯底施加偏置功率使得襯底暴露于等離子體，在使所述襯底暴露于等離子體之后，使含鎢前體和還原劑進入內(nèi)部安置有襯底的室中，以沉積鎢。

這些和其它方面在下文進一步描述。

附圖說明

圖1A-1G示出可根據(jù)本文所述的方法填充的各種結(jié)構(gòu)的實例。

圖2-4為示出用鎢填充特征的方法中的某些操作的工藝流程圖。